一 课题的必要性与发展概况
进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。
PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点
电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化.另外可方便地增加或改变控制功能。也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 变频调速电梯使用了先进的SPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美。同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。
二 课题任务的分析
1 电梯控制方法的分析
随着科学技术的发展，今年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统‘微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高’可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。
6
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展成计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用，并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
2 整体设计流程的确定
综上所述，本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。以下已对四层电梯的硬件部分作了分析，看需要什么样的开关、电机、信号灯等。然后，画出它的控制面板，再根据控制面板估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后再软件设计，写出流程图、梯形图，写出指令语句，最后进行调试，看看此程序是否可行。
第二章 变频器
2.1 通用变频器的发展 上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间内经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。
A、容量不断扩大
80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化。到了90年代初，BJT通用变频器的容量达到了b00KVA,400KVA以下的已经系列化。前几年主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时一间，IGBT变频器的单机容量己达1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。
B、结构的小型化
变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路(LSI)和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成了一种“智能电力模块”(Intelligent Module,IPM)这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能的小，因而保护迅速且可靠，传感信号也十分迅速。
C、多功能和智能化
电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。 人们总结了交流调速电气传动控制的大量实践经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新机种。
8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字
7
信号处理器(Digital Signal Processer-DSP)的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”(Reduced Instruction SetComputer-RISC)，将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量微处理器， 其功能着重点放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下它们所占用的硬件资源用于提高基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。有文献报道，RISC的运算速度可达1000MIPS，即10亿次/秒，相当于巨型计算机水平。指令计算时间为ins量级，是一般微处理器所无法比拟的。有的变频器厂家声称，以RISC为核心的数字控制，可以支持无速度传感器矢量控制变频器的矢量控制算法、转速估计计算、PI D调节器在线实时运算。 目前出现了一类“多控制方式”通用变频器。例如本设计所采用的安川公司的VS) 16-G5变频器就有:(1)无PG(速度传感器)V/f控制;(2)有PG V/f控制;(3)无PG矢量控制:(4)有PG矢量控制等四种控制方式。通过控制面板，可以控制上述四种控制方式中的一种，以满足用户的需要。
D、应用领域不断扩大 通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载的起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已采用了通用变频器;金属加工机械，从各类切削机床直到高速磨床乃至数控机床、加工中心超高速伺服机的精确位置控制都已应用通用变频器;在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类空调、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。
2.2 变频器的选择
随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，有为电梯控制而设计的专用变频器，其功能较强，使用灵活，但其价格昂贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。 目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-61665型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。
一 变频器参数设置
8
参数设置原则:(1)为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些;(2)为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击;(3)零速一般设置为Oft，带速抱闸将影响舒适感;(4)变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。具体的设置见表2-1
表2-1 安川61665变频器主要参数设置表
参数 A1-02 B1-01 B1-02 B1-03 B1-04 B2-01 B2-04 C1-03 C1-04 C2-01 C2-02 C2-03 C2-04 C5-01 C5-02 D1-09 E1-01 E1-04 E1-05 E1-06 E1-09 E2-01 E2-02 E2-03 E2-04 F1-01 F1-02 F1-03 F1-04
名称 控制方式选择 频率指令选择 运行指令选择 停止方式选择 反转禁止选择 零速电平选择 停止时直流制动时间 加速时间2 减速时间2 加速开始时S型曲线时间 加速完了时S型曲线时间 减速开始时S型曲线时间 减速完了时S型曲线时间 ASR比例增益1 ASR积分时间1 检修速度 输入电压设置 最高输出频率 最大电压 额定电压频率 最低输出频率电压 电机额定电流 电机额定滑差 电机空载电流 电机极数 PG常数 PG断线检测时的动作选择 超速时的动作选择 超度偏差过大时的动作选择 9
设定值 2 1 1 0 0 0.1HZ LOS 2.0S 2.0S OAS OAS OAS 0.6S 5 3S 200rpm 380V 50HZ 380 50HZ 0 0 0 0 说明 不带PG矢量控制方式 按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 按电机铭牌设置 根据旋转编码器铭牌设置 F1-05 PG分频比 根据电机极数设置 二 变频器容量计算
变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取。设电梯曳引机电机功率为P1电梯运行速度为v，电梯自重为w1，电梯载重为W2配重为W3重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率为P2:
P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v
其中F1=K (W1+W2-W3) g+＆为摩擦力，＆可忽略不计。
电机功率P1，变频器功率P应接近于电机功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P≈l.5P2
三 变频器制动电阻参数的计算 由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能.带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高.采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果.能耗制动电阻R1的大小应使制动电流I1的值不超过变频器额定电流的一半，即 I1=Uo /R1≤I/2
其中Uo为额定情况下变频器的直流母线电压.由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率.
2.3 VS-61665型变频器简介
一 61665型变频器的特点
VS-61665型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。
因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求，其参数设置比专用型变频器要复杂得多。这种变频器不仅考虑了V/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。VS-61665变频器的特点如下: (1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 (2)有丰富的内藏与选择功能。
(3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 (4)保护功能完善、维修性能好。
(5)通过LCD操作装置，可提高操作性能。
二 VS-61665变频器的参数
10